Page 275 - 《振动工程学报》2025年第11期

第 38 卷第 11 期 振 动 工 程 学 报 Vol. 38 No. 11
2025 年 11 月 Journal of Vibration Engineering Nov. 2025

考 虑 压 电 智 能 结 构 内 部 正 反 馈 的 改 进 Youla-Kučera

参 数 化 前 馈 鲁 棒 自 适 应 振 动 主 动 控 制

欧阳珊， 徐童欣， 朱晓锦， 高志远

（上海大学机电工程与自动化学院，上海 200444）

摘要：基于压电智能结构开展振动主动控制，控制作动器的控制作用会对参考传感器采集到的振动参考信号产生结构内部正
反馈，导致控制器的性能下降甚至失效。为保证内部反馈回路的稳定性，增强振动主动控制器的自适应和鲁棒性能，本文结
合自适应滤波控制与鲁棒控制，基于 Youla-Kučera 参数化方法提出了一种前馈鲁棒自适应振动控制器。通过引入历史时刻数
据信息来改进参数自适应算法；引入基于误差阈值的平稳更新策略来提高参数估计精度。在系统辨识应用中，为更加精确且
快速地估计不同阶次下的模型参数，进一步提出了针对不同模型部分参数分开估计的改进分段参数自适应算法。以粘贴压
电纤维复合材料（macro-fiber composite，MFC）的航空发动机压电智能叶片为验证试验研究对象，构建了 xPC Target 实时控制
系统（xPC target real-time control system），验证了本文提出的基于改进参数自适应算法的 Youla-Kučera 参数化前馈鲁棒自适应
控制器在单频、多频及噪声干扰下振动控制的有效性。
关键词： 振动主动控制；压电智能结构；参数自适应算法；Youla-Kučera 参数化；内部正反馈；ARMA 模型
中图分类号：TB535 文献标志码：A DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.202505055

Youla-Kučera parameterization feedforward robust adaptive active vibration control
of piezoelectric smart structures with internal positive feedback

OUYANG Shan，XU Tongxin，ZHU Xiaojin，GAO Zhiyuan
（School of Mechatronic Engineering and Automation，Shanghai University，Shanghai 200444，China）

Abstract：While active vibration control is carried out with piezoelectric smart structures，the control action of the actuators can generate
structural internal positive feedback on the vibration reference signal collected by the reference sensor，leading to performance degradation or
even failure of the controller. To ensure the stability of the internal feedback loop and enhance the adaptive and robust performance of the active
vibration controller，this paper proposes a novel feedforward robust adaptive vibration controller based on the Youla-Kučera parameterization
method by combining adaptive filtering control and robust control. By introducing historical data information to improve the parameter
adaptation algorithm and incorporating a steady update strategy based on an error threshold，the accuracy of parameter estimation is enhanced.
Furthermore，for system identification applications，an improved segmented parameter adaptation algorithm is proposed to separately estimate
the parameters of different model segments， enabling more precise and rapid parameter estimation for models of varying orders. The
effectiveness of the proposed Youla-Kučera parameterization-based feedforward robust adaptive controller with the improved parameter
adaptation algorithm is verified under single-frequency，multi-frequency，and noise interference conditions using a piezoelectric smart blade
of an aero-engine with bonded macro-fiber composite (MFC) with xPC target real-time control system.
Keywords：active vibration control； piezoelectric smart structures； parameter adaptation algorithm； Youla-Kučera parameterization； internal
positive feedback；ARMA model

近年来，随着航空航天工业向高速度、高精度、 知与主动调控，在航空航天工业领域中表现出巨大
长寿命方向发展，航空工业产品和相关技术对所使 的应用潜力 [1-2] 。其中压电智能结构基于压电材料的
用的材料性能要求也越来越高。在此背景下，智能 传感与致动作用，可以同时对动态系统进行主动感
材料（如压电材料、形状记忆材料、巨磁致伸缩材料 知与主动调节，具有自适应和快速响应的综合优异
等）因其机电耦合特性，能够实现振动信号的实时感 特性 [3-5] 。基于压电智能结构开展振动控制的相关技

收稿日期：2025-05-27；修订日期：2025-07-22
基金项目：国家自然科学基金资助项目（52175101）